Desain Pondasi Dangkal

APA ITU PONDASI?

Pondasi adalah bagian dari bangunan bawah yang meneruskan beban ke tanah pendukung.

PERSYARATAN PONDASI
Kekuatan ---> Kapasitas Daya Dukung
Deformasi ---> Penurunan (batas-batas yang diperbolehkan berdasarkan struktur dan arsitektur).

Perbedaan penurunan  ΔS antar kolom 1/150 L hingga 1/300 L. Agar syarat terpenuhi, dapat digunakan balok sloof struktur (saran dari struktur). Tetapi menjadi tidak ekonomis pada bangunan 5-6 lantai karena dimensi balok sloof struktur dapat mencapai tinggi 150 cm. Sehingga selama ini sloof hanya direncanakan terhadap beban aksial tarik yang nilainya adalah 10 % beban kolom. Selain itu dapat digunakan rekayasa daya dukung tanah dengan didasarkan kapasitas daya dukung dengan penurunan 1 inci.

JENIS PONDASI BERDASAR RASIO D/B
Pondasi Dangkal
Kriteria D/B < 1
Individual spread footing (murah), Continuous footing (belum tentu lebih murah dibandingkan mini piles), Combine footing,  Mat footing/raft, Pondasi Batu Kali.
Pondasi Dalam
Kriteria D/B > 4-5
Tiang pancang, tiang bor (digali mesin), sumuran/kaison (digali manusia dan lebih murah dibanding continuous footing).

JENIS PONDASI BERDASAR JENIS BANGUNAN

Pondasi untuk gedung
Sederhana: continuous footing batu kali.
Tingkat Tinggi: dengan atau tanpa basement.
Kegunaan basement yang biasanya 2-3 lantai adalah:
1. Segi fungsi sub-base.
2. Kepentingan stabilitas bangunan (tertahan lebih baik terhadap goyangan).
3. Mengurangi setlement jika beban tanah yang diambil sama dengan beban bangunan di atasnya (Δp=0).
Sedangkan masalah yang dihadapi adalah rembesan yang dapat diatasi dengan kedap air atau drainase.

Pondasi untuk mesin
Direncanakan terhadap getaran.

Pondasi untuk menara
Tugu, cerobong asap, pemancar radio/tv, tower listrik. (Gaya aksial kecil, gaya horisontal besar)

Pondasi di bawah air
Jembatan dan dermaga (gaya aksial dan horisontal besar). Pondasi harus mempertimbangkan erosi, korosi, gaya luar (ombak/arus air), scouring (penggerusan tanah dasar).

KAPASITAS DUKUNG TANAH UNTUK BEBAN STATIK

 

Kapasitas Dukung Tanah

Kapasitas dukung ultimate (q_ult) didefinisikan sebagai tekanan terkecil yang dapat menyebabkan keruntuhan geser pada tanah pendukung tepat di bawah dan di sekeliling pondasi.

Ada 3 kemungkinan pola keruntuhan kapasitas dukung tanah yakni:

• General Shear Failure

Kondisi kesetimbangan plastis terjadi penuh di atas failure plane.
Muka tanah di sekitarnya mengembang (naik).
Keruntuhan (slip) terjadi di satu sisi sehingga pondasi miring.
Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas rendah (padat atau kaku).
Kapasitas dukung ultimate (q_ult) bisa diamati dengan baik.

• Local Shear Failure

Muka tanah disekitar kurang berarti pengembangannya, karena cukup besar desakan ke bawah pondasi.
Kondisi kesetimbangan plastis hanya terjadi pada sebagian tanah saja.
Miring pada pondasi diperkirakan tidak terjadi.
Terjadi pada tanah dengan kompresibilitas tinggi, ditunjukan dengan setlement yang relatif besar.
Kapasitas dukung ultimate sulit dipastikan sehingga sulit dianalisis, hanya bisa dibatasi setlement-nya saja.

• Punching Shear Failure

Terjadi jika terdapat desakan pada tanah di bawah pondasi yang disertai pergeseran arah vertikal di sepanjang tepi.
Tak terjadi kemiringan dan pengangkatan pada permukaan tanah.
Penurunan relatif besar.
Terjadi pada tanah dengan kompresibiltas tinggi dan kompresibilitas rendah jika pondasi agak dalam.
Kapasitas dukung ultimate tidak dapat dipastikan.

Cara keruntuhan secara umum tergantung pada kompresibilitasnya dan kedalaman pondasi relatif terhadap lebarnya.

Analisis kapasitas dukung didasarkan kondisi general shear failure, gaya-gaya yang bekerja dapat dianalisis.

Mekanisme Keruntuhan untuk Pondasi Menerus

Gambar di atas adalah mekanisme keruntuhan untuk pondasi menerus dengan lebar b dan panjang tak terbatas, memikul suatu tekanan merata (q_ult) di atas permukaan tanah yang homogen dan isotropik. Parameter kekuatan geser tanah adalah c dan  j  tetapi berat isi tanah  iasumsikan sama dengan nol. Pondasi akan tertekan ke bawah  dan menghasilkan suatu  esetimbangan plastis dalam bentuk zona segi tiga di bawah pondasi dengan sudut ABC = BAC =  5° + φ/2. Gerakan bagian tanah ABC ke bawah mendorong tanah diampingnya ke kesamping. Zona Rankine pasif ADE dan BGF akan terbentuk dengan sudut DEA = GFB = 45° -  φ/2. Transisi antara gerakan ke bawah bagian ABC dan gerakan lateral bagian ADE dan BGF akan terjadi di sepanjang zona geser radial ACD dan BCG. Kesetimbangan plastis akan terjadi pada permukaan EDCGF sedangkan sisa tanah lainnya berada dalam kesetimbangan elastis. Biasanya pondasi tidak diletakan pada permukaan tanah, dalam praktek diasumsikan kenaikan geser tanah antara permukaan dan kedalaman D_f diabaikan, tanah tersebut hanya diperhitungkan sebagai beban yang menambah tekan merata q pada elevasi pondasi, hal ini disebabkan tanah diatas elevasi pondasi biasanya lebih lemah, khususnya jika diurug, daripada tanah pada tempat yang lebih dalam. Kapasitas dukung ultimate di bawah pondasi menerus dapat dinyatakan dengan persamaan Terzaghi (1943).

q_ult = c N_c + q N_q + ½ b γ N_γ
φ, c, γ nilainya diambil di bawah pondasi.

dengan,
q = γ D_f
γ nilanya diambil di atas elevasi pondasi.

Persamaan di atas dikembangkan oleh Terzaghi dari teori Prandth-Reissner hingga menghasilkan persamaan:

q_ult = c [tan φ (k_c + 1)] + q (tan φ) k_q + ½ b γ [tan φ  (k_g tan φ - 1)]
q_ult = c N_c + q N_q + ½ b γ N_γ

Nilai N_c, N_q, N_γ tidak dapat dilacak dari mana asalnya karena Terzaghi hanya memberikan grafik φ V_S N_c, N_q, N_γ dan bukan sebuah rumus sehingga tiap buku yang ada nilai N_c, N_q, N_γ dapat berbeda-beda.

Untuk pondasi telapak bentuk persegi:

q_ult = 1.3 c N_c + q N_q + 0.4 b γ N_γ

Untuk pondasi telapak bentuk lingkaran:

q_ult = 1.3 c N_c + q N_q + 0.3 b γ N_γ

Analisis kapasitas dukung didasarkan kondisi local shear failure pada pondasi menerus,

q’_ult = c’ N_c’ + q N_q’ + ½  b γ N_γ’

dengan,
c’ = 2/3 c
tan φ’ = 2/3 tan φ

Local shear failure dapat terjadi untuk nilai  φ < 30°. Untuk pondasi bentuk lainya, caranya sama dengan mencari q_ult. Persamaan q’_ult hanya untuk memuaskan user, tidak ada alasan ilmiah yang mendukung teori ini. Teori ini hanya ada dari Terzaghi saja.

Catatan:

• Untuk keamanan besar dapat digunakan rumus local shear failure, kapasitas dukung lebih rendah, setlement tidak perlu dihitung.
• Untuk lebih realistis setelah pengecekan terhadap  q_ult  (general shear failure), pondasi perlu dicek terhadap setlement (hasil lab).
• Dapat juga hasil lab dibandingkan dengan uji lapangan (SPT atau CPT). Hasil q_ult lab biasanya lebih besar dari  q_ult  lapangan (pendekatan). Mengapa hasil  q_ult  lapangan nilainya lebih rendah? Karena teorinya hanya sederhana, tanah dibagi menjadi tanah kohesif dan non-kohesif.
• Kondisi khusus:

pada tanah non-kohesif c = 0 maka q_ult = q N_q + ½  b γ N_γ
pada tanah kohesif φ = 0 maka N_c = 5.7, N_q=1, N_γ=0,  q_ult = 5.7 c + q
pondasi pada permukaan tanah D_f = 0 maka q_ult = c N_c + ½  b γ N_γ

Perkembangan rumus setelah q_ult Terzaghi, N_c & N_q diambil nilainya dari Prandth (1921) – Reissner (1924).

N_q = e^πtan φ tan² (45° + φ/2)
N_c = (N_q – 1) cotan φ

Sedangkan nilai N_γ diusulkan:
N_γ = (N_q – 1) tan 1.4 φ  Mayerhof (1963)
N_γ = 1.8 (N_q – 1) tan φ   Hansen (1968)
N_γ = 2 (N_q + 1) tan φ  Coquot & Kerisek – nilainya terlalu besar.

Untuk faktor bentuk, faktor kedalaman dan faktor kemiringan beban yang diusulkan oleh DeBeer (1970) dan Mayerhof (1953) secara empiris hasil observasi percobaan. Untuk keperluan praktis, nilai q_ult yang di usulkan Terzaghi memberikan hasil yang cukup baik.

Perlu diketahui bahwa hasil-hasil perhitungan kapasitas dukung sangat peka terhadap nilai-nilai asumsi parameter kekuatan geser terutama untuk nilai φ yang tinggi. Akibatnya perlu dipertimbangkan keakuratan parameter-parameter kekuatan geser yang digunakan.

Beberapa alasan mengapa data hasil lab perlu ditinjau (jangan dipercaya langsung):

• Tingkat ketergangguannya.
• Kondisi lapangan apakah cukup baik.
• Kondisi struktur tanah sample tidak dapat mewakili.
• Kalau terdapat ekrikil dalam sample, kerikil dibuang sehingga mungkin kapasitas dukung lapangan lebih besar dari lab